KR101448068B1 - 미생물 캡슐을 이용한 콘크리트 및 그 제조방법 - Google Patents

미생물 캡슐을 이용한 콘크리트 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 미생물 캡슐을 이용한 콘크리트 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 미생물 캡슐을 이용한 콘크리트 제조 방법은, 바실러스 퍼머스 미생물과 배양액이 1 : 1 ~ 2의 중량비 정도로 혼합되어 배양된 바실러스계 미생물 배양액을 준비하는 배양액준비단계; 상기 미생물 배양액에 바인더를 가해 성형조성물 전체 부피의 2.1 ~ 3.3%의 미생물 캡슐을 제조하는 캡슐준비단계; 성형조성물 전체 부피의 61.3 ~ 79.6%의 골재와, 성형조성물 전체 부피의 7.7 ~ 8.3%의 시멘트를 준비한 후 상기 미생물 캡슐과 혼합하여 1차혼합물을 제조하는 혼합단계와; 성형조성물 전체 부피의 0.2 ~ 0.3%의 혼화제와, 성형조성물 전체 부피의 4.3 ~ 5.1%의 물과, 상기 1차혼합물을 혼합하고 잔량의 공기를 포함한 성형조성물을 제조하는 조성물제조단계와; 성형조성물을 틀에 투입한 후 양생하여 콘크리트를 제조하는 양생단계;를 포함하여 구성된다.
본 발명에 의해, 미생물 배양액을 제조 공정 중에 다수에 걸쳐 첨가하는 대신 미생물 배양액을 캡슐로 제조하여 첨가함으로써 제조 과정 및 제조 후 수중에 설치된 상태에서 미생물의 유실을 최소화하여 적은 첨가량으로도 우수한 수질정화 능력을 갖도록 하고, 이를 통해 콘크리트의 물성을 보다 개선할 수 있고, 특히, 바인더로 알칼리 용액에서 수용성을 갖는 유기 또는 무기 지방산을 사용함과 더불어, 혼합 과정에서 시멘트를 먼저 혼합하고 물은 나중에 혼합하여 시멘트와 물이 혼합되어 발생하는 알칼리성 용액에 의해 바인더가 용해되는 시점을 지연시켜 미생물의 유실을 최소화할 수 있게 된다.

Description

미생물 캡슐을 이용한 콘크리트 및 그 제조방법{Concrete using microorganism capsule and manufacturing mrthod of it}
본 발명은 미생물을 활용한 콘크리트를 제조함에 있어 콘크리트의 구조적 성능 외에 친환경적인 특성인 수질정화, 항균성능, 악취제거 등의 성능 개선에 이용되어 왔던 미생물을 배양하여 여타 재료와 혼합하여 콘크리트를 성형하는 대신, 미생물 배양액을 바인더로 코팅하여 미생물 캡슐을 제조하고, 이를 이용하여 콘크리트를 제조함으로써 수절정화 성능 및 물성이 우수한, 미생물 캡슐을 이용한 콘크리트 및 그 제조방법을 제공하려는 것이다.
재생골재 등을 이용하여 수질 정화 기능을 갖는 콘크리트 제품의 제조방법 및 조성물과 관련된 기술로는 공극을 형성하여 수질 정화 기능을 갖도록 하는 기술, 다수의 공극이 형성된 고기능 콘크리트를 이용하여 수질 정화 기능을 갖도록 하는 기술, 순환골재와 산업부산물을 이용한 기술 등이 공개되어 있다.
이러한 종래 기술들은 공극률을 최적화시킴으로써 내부 공극을 이용하여 수질 정화 기능을 갖도록 한 것으로 이러한 기술은 여과 기술과 관련된다 할 것이다.
즉, 위와 같은 기술들은 재생골재나 폐콘크리트 등을 이용함으로써 자원재활용의 긍정적인 측면을 가지나, 자체적으로 포함되어 있는 유해물질이 지하수나, 해수, 토양을 오염시킬 수 있는 문제점이 있었다.
결국, 최근 재생골재나 폐콘크리트에서 발생되는 오염물질로 인한 환경문제가 이슈화됨으로써 이러한 재생골재나 폐콘크리트의 재처리에 상당한 시간적, 경제적 소비를 발생시키고 있는 형편이다.
특히, 재생골재나 폐콘크리트가 주로 재활용되는 호안블록, 인공어초 등의 오염된 산성화된 수분에 노출될 경우 황산이온이 내부로 이동하여 과포화되면 모노설페이트는 에트린가이트로 화함으로써 조직이 거칠어지고, 균열이 발생하며, 부식물질의 침입을 촉진시켜 콘크리트 수명을 단축시키는 등의 문제가 있었다.
한편, 최근 유용미생물을 콘크리트 제조시 첨가하여 항균 및 탈취능력을 향상시키고, 콘크리트 타설명의 유해미생물 서식을 차단하여 실내 환경 개선 기능을 갖도록 한 기술과, 유용미생물을 콘크리트에 제조시 첨가하여 하천 및 호소 등의 수질정화작용을 하는 콘크리트의 제조방법이 공개되었으나, 실제로 유용미생물을 콘크리트에 적용하는 경우에 콘크리트의 양생과정에 있어서 고온상태와 강알칼리성의 영향으로 미생물이 사멸하거나, 미생물의 양이 감소하여 소기의 목적을 달성하기가 매우 어려운 실정이었다.
또, 이러한 기술들은 질소, 인 등의 수질 오염 물질의 제거 효과가 크지 않고, 그 효과가 장기간에 걸쳐 이루어 지지 않기 때문에 이를 이용한 수질정화용 콘크리트의 제조시 근본적인 수질정화를 이루기에는 한계점을 가지고 있었다.
본 출원인은 이러한 종래 기술에서 발생하는 문제점을 해소하고자 "미생물배양액을 이용한 수질정화 콘크리트의 제조방법"(한국 등록특허공보 제10-0994335호, 특허문헌 1)을 출원하여 등록받은 바 있다.
상기 기술은 질소, 인 등의 수질오염 물질의 저거 효율이 높고, 그 효과가 장기간에 걸쳐 지속되며, 그 외의 친환경적인 특성과 콘크리트의 기본 물성이 강도, 내구성이 유지되도록 하였다.
그러나, 오염물질의 저감에 대한 요구치는 계속적으로 높아지고 있는 실정에서 단, 장기적으로 보다 높은 수질정화 성능의 개발이 요구되고 있는 실정인 바, 본 출원인은 장기적인 수질정화 성능을 높이기 위하여 "미생물 복합처리 시스템을 이용한 수질정화 콘크리트 및 그 제조방법"(한국 등록특허공보 제10-1188100호, 특허문헌 2)를 출원하여 등록받기도 하였다.
상기 기술은 골재를 제조 공정에서 수 차례의 미생물 배양액을 첨가함으로써 장기적인 수질정화 성능이 향상되도록 하였다.
그러나, 다수의 미생물 배양액 첨가 공정을 거침에 따라 제조 공정이 복잡해져 생산성이 떨어지게 되고, 미생물 배양액의 첨가량이 증가함에 따라 제조된 콘크리트의 물성 개선이 어려워지는 문제점이 있었다.
KR 10-0994335호 (2010.11.08) KR 10-1188100호 (2012.09.27)
본 발명의 미생물 캡슐을 이용한 콘크리트 및 그 제조방법은 상기와 같은 종래 기술에서 발생하는 문제점을 해소하기 위한 것으로, 미생물 배양액을 제조 공정 중에 다수에 걸쳐 첨가하는 대신 미생물 배양액을 캡슐로 제조하여 첨가함으로써 제조 과정 및 제조 후 수중에 설치된 상태에서 미생물의 유실을 최소화하여 적은 첨가량으로도 우수한 수질정화 능력을 갖도록 하고, 이를 통해 콘크리트의 물성을 보다 개선할 수 있도록 하려는 것이다.
특히, 바인더로 알칼리 용액에서 수용성을 갖는 유기 또는 무기 지방산을 사용함과 더불어, 혼합 과정에서 시멘트를 먼저 혼합하고 물은 나중에 혼합하여 시멘트와 물이 혼합되어 발생하는 알칼리성 용액에 의해 바인더가 용해되는 시점을 지연시켜 미생물의 유실을 최소화할 수 있게 하려는 것이다.
본 발명의 미생물 캡슐을 이용한 콘크리트 제조 방법은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 바실러스 퍼머스 미생물과 배양액이 1 : 1 ~ 2의 중량비 정도로 혼합되어 배양된 바실러스계 미생물 배양액을 준비하는 배양액준비단계; 상기 미생물 배양액에 바인더를 가해 성형조성물 전체 부피의 2.1 ~ 3.3%의 미생물 캡슐을 제조하는 캡슐준비단계; 성형조성물 전체 부피의 61.3 ~ 79.6%의 골재와, 성형조성물 전체 부피의 7.7 ~ 8.3%의 시멘트를 준비한 후 상기 미생물 캡슐과 혼합하여 1차혼합물을 제조하는 혼합단계와; 성형조성물 전체 부피의 0.2 ~ 0.3%의 혼화제와, 성형조성물 전체 부피의 4.3 ~ 5.1%의 물과, 상기 1차혼합물을 혼합하고 잔량의 공기를 포함한 성형조성물을 제조하는 조성물제조단계와; 성형조성물을 틀에 투입한 후 양생하여 콘크리트를 제조하는 양생단계;를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 캡슐준비단계에서 상기 바인더는 알칼리 용액에서 수용성을 갖는 유기 지방산 또는 무기 지방산 중 선택된 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명의 미생물 캡슐을 이용한 콘크리트는 상기 제조방법에 의해 제조된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의해, 미생물 배양액을 제조 공정 중에 다수에 걸쳐 첨가하는 대신 미생물 배양액을 캡슐로 제조하여 첨가함으로써 제조 과정 및 제조 후 수중에 설치된 상태에서 미생물의 유실을 최소화하여 적은 첨가량으로도 우수한 수질정화 능력을 갖도록 하고, 이를 통해 콘크리트의 물성을 보다 개선할 수 있게 된다.
특히, 바인더로 알칼리 용액에서 수용성을 갖는 유기 또는 무기 지방산을 사용함과 더불어, 혼합 과정에서 시멘트를 먼저 혼합하고 물은 나중에 혼합하여 시멘트와 물이 혼합되어 발생하는 알칼리성 용액에 의해 바인더가 용해되는 시점을 지연시켜 미생물의 유실을 최소화할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 미생물 캡슐을 이용한 콘크리트 제조방법을 나타낸 공정도.
상기한 과제를 해결하기 위한 구체적인 수단으로서 본 발명의 미생물 캡슐을 이용한 콘크리트 제조방법은, 바실러스 퍼머스 미생물과 배양액이 1 : 1 ~ 2의 중량비 정도로 혼합되어 배양된 바실러스계 미생물 배양액을 준비하는 배양액준비단계; 상기 미생물 배양액에 바인더를 가해 성형조성물 전체 부피의 2.1 ~ 3.3%의 미생물 캡슐을 제조하는 캡슐준비단계; 성형조성물 전체 부피의 61.3 ~ 79.6%의 골재와, 성형조성물 전체 부피의 7.7 ~ 8.3%의 시멘트를 준비한 후 상기 미생물 캡슐과 혼합하여 1차혼합물을 제조하는 혼합단계와; 성형조성물 전체 부피의 0.2 ~ 0.3%의 혼화제와, 성형조성물 전체 부피의 4.3 ~ 5.1%의 물과, 상기 1차혼합물을 혼합하고 잔량의 공기를 포함한 성형조성물을 제조하는 조성물제조단계와; 성형조성물을 틀에 투입한 후 양생하여 콘크리트를 제조하는 양생단계;를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 캡슐준비단계에서 상기 바인더는 알칼리 용액에서 수용성을 갖는 유기 지방산 또는 무기 지방산 중 선택된 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 미생물 캡슐을 이용한 콘크리트 제조방에 대하여 첨부된 도면을 통해 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 미생물 캡슐을 이용한 콘크리트 제조방법을 나타낸 공정도이다.
1. 배양액준비단계
바실러스 퍼머스 미생물과 배양액이 1 : 1 ~ 2의 중량비 정도로 혼합되어 배양된 바실러스계 미생물 배양액을 준비한다.
바실러스계 미생물 배양액은 악취를 제거하고, 유해물질의 흡착 및 분해작용, 항균작용이 우수하고, 콘크리트의 강알칼리성 및 양생과정에 따른 온도 변화에 따른 생육환경의 변화에 영향이 적은 미생물을 선택적으로 배양한 배양액이다.
그 중에서 바실러스 퍼머스(bacillus firmus) 계통의 호염기성 미생물이 가장 바람직한 바, 본 발명에서는 바실러스 퍼머스 계통의 미생물을 선택적으로 배양하여 준비한다.
2. 캡슐준비단계
상기 미생물 배양액에 바인더를 가해 성형조성물 전체 부피의 2.1 ~ 3.3%의 미생물 캡슐을 제조한다.
캡슐을 제조하는 공정은 일반적인 마이크로 캡슐 제조 공정이 적용될 수 있다.
일예로, 준비된 미생물 배양액을 건조 또는 동결 건조시킨 다음 바인더를 스프레이 방식으로 건조된 분말에 분사하여 캡슐을 제조할 수 있다.
또는 바인더를 필름-형성 중합체의 흡수성 매트릭스로 구성하고, 미생물 배양액을 매트릭스에 흡수시키는 방법으로 제조될 수도 있다.
미생물 캡슐을 제조하기 위해 사용되는 바인더는 공지의 다양한 바인더(벽물질)를 사용할 수 있다.
일예로 유산균 음료와 같은 식용 제품의 캡슐화를 위해 사용되는 알긴산 나트륨이나, 세제의 제조에 사용되는 각종 수용성 고분자 등을 바인더로 사용할 수 있다.
알긴산 나트륨을 바인더로 사용하는 기술은 공개특허 10-2013-0120965호 등에 제시되어 있는데, 알긴산 나트륨은 점성이 높고, 상온의 물에 잘 녹지 않는 장점을 가져 콘크리트 제조 과정에서 캡슐이 물에 의해 분해되지 아니하게 되므로 콘크리트 내부에 미생물 캡슐이 고르게 안전하게 위치할 수 있게 된다.
그런데, 알긴산 나트륨은 주로 식용 제품에 사용되는 것으로 그 가격이 비싸므로 콘크리트의 제품 단가 상승을 불러올 수 있다.
또다른 바인더의 예가, 등록특허 10-1375414호 등에 제시되어 있는데, 폴리 비닐 아세테이트, 에틸 셀룰로오스, 폴리 메틸 메타크릴레이트 등과 같은 수용성 고분자를 유화, 코아세르베이션(coacervation), 계면 중합 반응, 코팅 등의 방법으로 캡슐화할 수도 있다.
그런데, 상기와 같은 세제용 벽물질은 물과 접촉하면서 파괴되어 내부의 미생물이 방출되는 바, 한번 쓰고 버리는 세제로는 적합하지만 수질을 정화시키기 위한 미생물 캡슐의 벽물질로는 적합하지 않다.
즉, 콘크르트 제조 과정에서 캡슐의 벽물질이 물에 의해 분해되는 현상을 최대한 방지할 수 있어야 한다.
특히, 콘크리트 제조 과정에서 물과 시멘트를 혼합시킬 때 물은 알칼리성을 띄게 되는데, 알칼리성 용액에서도 분해되지 않고 내부의 미생물을 보호할 수 있어야 한다.
또한, 바실러스 퍼머스 미생물 배양액은 호기성을 갖게 되는 바, 공기의 공급이 있어야 하는데, 벽물질이 계속적으로 미생물 배양액을 감싸 공기 공급을 차단하게 되면 미생물의 활동을 방해하게 되므로 이러한 조건 역시 만족해야 한다.
본 출원인은 다각도로 적절한 바인더를 검토한 바, 유기 지방산이나 무기 지방산의 경우 일반적으로 수중에서 분해되지 않다가 알칼리 용액을 만나게 되면 분해되는 특징이 있을을 알게 되었다.
즉, 유기 지방산이나 무기 지방산을 바인더로 하여 미생물 배양액을 코팅시키는 등의 방법으로 미생물 캡슐을 제조하고, 시멘트와 물이 만나 혼합된 후 양생과정에서 물이 알칼리성으로 변함에 따라 서서히 바인더가 알칼리성의 물에 의해 분해되도록 하여 콘크리트 내부의 공극에 자연스럽게 미생물이 자리를 잡아 위치하도록 하게 되는 것이다.
특히, 지방산은 점성이 높기 때문에 미생물이 공극에 흡착되도록 하는 것을 도와주게 되어 중력 및 물의 흐름에 의해 미생물들이 하부로 몰리게 되고, 이로 인해 균일한 미생물 밀도를 갖지 못하게 되는 것을 방지할 수 있게 된다.
이러한 유기 지방산 또는 무기 지방산 바인더의 예로는 카르복실산 에스테르, 왁스 내에 용해된 폴리에틸렌, 지방산 에틸 에스테르, 지방산 칼슘 염 등이 있다.
이때, 유기 지방산이나 무기 지방산을 단독으로 바인더로 사용하지 않고, 외부는 이러한 유기 지방산이나 무기 지방산으로 구성하고, 내부는 알긴산 나트륨이나 키토산을 이용하여 다중 코팅처리하여 미생물이 공극 보다 원할하게 자리잡도록 할 수도 있다.
이처럼 미생물의 유실을 최대한 방지함으로써 양생 과정 및 콘크리트 제조 후 수중 설치 후 유실되는 미생물의 수가 줄어들게 되는 바, 본 발명에서는 종래에 비해 함량이 적은 성형조성물 전체 부피의 2.1 ~ 3.3% 정도만 사용하도록 하고, 이를 통해 시멘트의 양을 늘려 적은 양으로도 우수한 수질 정화율을 갖고, 콘크리트의 물성이 더욱 우수해지도록 하였다.
3. 혼합단계
성형조성물 전체 부피의 61.3 ~ 79.6%의 골재와, 성형조성물 전체 부피의 7.7 ~ 8.3%의 시멘트를 준비한 후 상기 미생물 캡슐과 혼합하여 1차혼합물을 제조한다.
시멘트는 종래에 비해 첨가량이 증가되었는데 이를 통해 제조된 콘크리트의 물성을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.
혼합단계에서는 물과 혼화제를 함께 혼합하지 않는 것을 특징으로 한다.
이는 물을 시멘트와 미리 접촉하게 되면 그만큼 물이 알칼리성으로 변하는 속도가 빨라져 지방산 바인더의 분해 속도가 빨라지게 되고, 그 결과 바인더가 분해되버린 미생물 배양액이 혼합 과정에서 물의 흐름 및 중력에 의해 하부로 몰려 균일한 밀도로 위치하지 못하게 되는 것을 방지해주게 된다.
골재는 일반 골재를 사용할 수도 있으나, 페콘크리트 순환골재, 부순돌, 버텀애시, 슬래그 골재, 화산석 중 선택된 1종 또는 2 내지 5 종의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다.
4. 조성물제조단계
성형조성물 전체 부피의 0.2 ~ 0.3%의 혼화제와, 성형조성물 전체 부피의 4.3 ~ 5.1%의 물과, 상기 1차혼합물을 혼합하고 잔량의 공기를 포함한 성형조성물을 제조한다.
혼화제는 분산제, 지방산금속염, 실리카, 촉진제, 가소제, 계면활성제를 규격에 따라 적절히 혼합한 혼합물이 사용될 수 있다.
이때, 혼화제로서 촉진제가 필히 사용되도록 하여 응결 속도가 빨라지도록 하는 것이 좋다.
5. 양생단계
성형조성물을 틀에 투입한 후 양생하여 콘크리트를 제조한다.
이때, 성형틀은 제품 특성에 따라 수질정화용 블록, 호안블록 등을 제조할 수 있는 다양한 형태의 성형틀을 준비한다.
성형틀을 준비한 후에는 상기 성형조성물을 투입하여 성형틀의 조건에 맞는 방법으로 성형한다.
양생은 제조된 성형조성물을 습도 80 ~ 90%, 온도 10 ~ 50℃의 조건으로 양생실에서 12 ~ 24시간 동안 습윤 양생 처리한다.
습윤 양생이 끝난 후에는 기건상태로 추가 상온 양생시킬 수 있다.
이상과 같은 구성은 혼합단계에서 바인더에 의해 캡슐화된 미생물이 골재, 시멘트와 고르게 혼합되고, 그 다음에 물과 혼화제가 혼합됨과 더불어 성형틀에서 양생 과정을 거치게 된다.
물과 시멘트가 만나 양생이 이루어지게 되면 물은 점차 알카리성을 띄게 되는데 유기 지방산 또는 무기 지방산 바인더가 알칼리성을 띈 물에 의해 점차 분해되면서 골재, 시멘트 등의 구성요소 사이의 틈인 공극에 자리를 잡게 된다.
이때, 미생물 캡슐은 물과 혼화제가 첨가되어 혼합될 때 고르게 공극 내에 자리를 잡게 되고, 점차적으로 알카리성을 띈 물과 반응하여 바인더가 분해되게 된다.
이때, 성형조성물 즉, 모르타르는 걸죽한 상태에서 점차 굳어져간다.
즉, 물의 이동이 줄어들게 되는 것이다.
이는, 양생 초기에는 소수성인 지방산이 물과 분리되어 있는 상태를 유지하게 되므로 물의 흐름과 관계 없이 미생물 캡슐이 고르게 혼합된 채 위치하게 되고, 점차 물이 알칼리성으로 변하고, 양생이 이루어지면서 성형틀 내에 위치한 물의 이동은 점차 줄어들게 됨과 더불어, 미생물 캡슐은 바인더가 알칼리성을 띈 물에 의해 점차 분해되는 바, 호기성을 띈 미생물을 둘러싼 지방산 바인더는 분해되어 미생물이 수류 및 중력에 의한 이동이 제한되면서 공극 내에 고르게 위치하게 되어 전체적으로 고른 밀도로 콘크리트 내부에 위치하게 되는 것이다.
이하, 상기와 같이 미생물 캡슐을 이용한 콘크리트 제조방법에 의해 제조된 콘크리트와, 기존의 미생물배양액을 이용한 수질정화 콘크리트의 성능을 평가하기 위하여 실시예와 비교예로 구분하여 실험한 결과에 대해 설명하면 아래와 같다.
<실시예 1> 미생물 캡슐을 이용한 콘크리트 제조1
먼저, 수질정화에 효과적인 미생물을 분리 및 배양하는 실험을 실시하여 바실러스퍼머스 계의 미생물을 준비하고, 미생물과 배양액을 1 : 2의 중량비로 혼합하여 미생물 배양액을 준비하였다.
미생물 배양액을 건조한 후 카르복실산 에스테르를 건조된 배양액에 고르게 분사한 후 건조하여 미생물 캡슐을 제조하였다.
이러한 미생물 캡슐을 30ℓ준비하였다.
아울러, 결합재로써 시멘트 80ℓ, 골재 750ℓ를 준비하여 미생물 캡슐과 혼합하여 혼합물을 제조하였다.
그런 다음 물 50ℓ, 혼화제 3ℓ를 첨가하여 총 1000ℓ의 성형조성물을 제조하였다.
제조된 성형조성물은 바로 성형틀에 투입하여 습도 약 80 ~ 90%, 온도 20 ~ 25℃의 조건으로 양생실에서 18시간 동안 습윤 양생하고, 기건 상태로 상온에서 7일간 양생하여 실시예 1의 콘크리트를 제조하였다.
<실시예 2> 미생물 캡슐을 이용한 콘크리트 제조2
실시예 1과 동일하게 진행하되, 바인더로 지방산 칼슘 염을 이용하여 실시예 2의 콘크리트를 제조하였다.
<실시예 3> 미생물 캡슐을 이용한 콘크리트 제조3
실시예 1과 동일하게 진행하되, 미생물 배양액을 알긴산 나트륨으로 1차 코팅한 후 카르복실산 에스테르 처리하여 이중 코팅된 미생물 캡슐을 제조하여 실시예 3의 콘크리트를 제조하였다.
<비교예 1> 미생물배양액을 이용한 수질정화 콘크리트 제조1
결합재로써 시멘트 98ℓ를 준비하고, 골재는 부순골재 796ℓ, 혼화제 3ℓ를 준비하였다.
미생물과 배양액을 1:2의 중량비로 혼합한 미생물 배양액 34ℓ 준비하고, 물 51ℓ을 준비한 후 준비된 골재와 미생물 배양액을 5분간 선 혼합한 후 결합재와 혼화제, 물을 혼합하여 성형조성물을 준비하였다.
준비된 성형조성물을 성형틀에 투입한 후 습도 약 80 ~ 90%, 온도 20 ~ 25℃ 조건으로 양생실에서 18 시간 습윤양생한 후, 기건상태로 상온에서 7 일간 양생시켜 비교예 1의 수질정화 콘크리트를 제조하였다.
<비교예 2> 미생물배양액을 이용한 수질정화 콘크리트 제조2
바실러스 퍼머스계 미생물과 배양액을 1 : 2의 중량비로 혼합하여 준비하고, 부순골재 796ℓ를 준비하고, 이를 TSB에 침지시켜 10 ~ 50℃로 1일에서 14일간 유지하였다.
TSB에 침지된 골재를 상기와 같이 준비된 바실러스퍼머스계 미생물 배양액에 침지시키고 동일한 온도 조건으로 14일간 유지하였다.
이어 결합재로써 시멘트 98ℓ를 준비하고, 혼화제 3ℓ를 준비하고, 상기 방법과 같이 별도의 미생물 배양액 34ℓ를 준비하고, 물 51ℓ를 준비한 후, 미생물 배양액에 침지된 골재와 미생물 배양액을 5분간 선 혼합한 후 결합재, 혼화제, 물을 혼합하여 성형조성물을 준비하였다.
이어 준비된 성형조성물을 성형틀에 투입한 후 습도 약 80 ~ 90%, 온도 20 ~ 25℃의 조건으로 양생실에서 1차로 18시간 동안 습윤 양생하였다.
한편, 또다른 별도의 바실러스 퍼머스계 미생물 배양액을 준비하고, 1차로 양생된 성형물을 침지시켜 10 ~ 50℃의 온도로 14일간 양생하고, 이를 꺼내 기건상태에서 상온에서 7일간 양생시켜 비교예 2의 콘크리트를 제조하였다.
<실험예 1> 수질 정화 실험
상기 실시예 1 내지 3과 비교예 1, 2의 콘크리트를 가로, 세로 30cm, 높이 10cm로 준비하여 재령 28일부터 탄소 : 질소 : 인이 150 : 50 : 1의 농도가 되도록 염화암모늄과 제2인산나트륨 등의 성분비로 조정한 인공오수를 순환시키는 수로에 설치하여 분당 20㎖의 유량으로 순환시키고 일조 조건은 실외의 상황과 유사하게 형광등을 사용하여 6,000룩스의 빛을 12시간 간격으로 점등과 소등을 반복하면서 20±2℃로 유지된 항온실에서 1일, 10일, 50일, 100일, 200일, 400일, 600일에 종합수질측정기로 정화된 물의 총질소량(T-N), 총인량(T-P)을 측정하였다.
인공오수는 해수와 담수로 나누어 시험이 진행하였고, 해수의 경우 천일염을 사용하여 염분 농도를 해수와 같이 조절하여 사용하였으며, 증발에 의한 오차를 감소시키기 위하여 인공오수가 일정량을 유지하도록 증류수를 보충하였다.
아래 표 1은 인공오수의 성분을 나타낸 표이다.
염화암모늄
(NH4CL)		 제2인산나트륨
(Na2HPO4)		 염화칼슘
(KCl)		 황산나트륨
(NaSO4)
7.6mg/L 1.8mg/L 1.6mg/L 1.8mg/L
상기 수질 정화 실험의 결과는 표 2 내지 5에 도시되어 있다.
표 2는 실시예 1 내지 3 및 비교예 1, 2의 담수에서의 T-N, T-P 소거율 변화를, 표 3은 실시예 1 내지 3 및 비교예 1, 2의 해수에서의 T-N, T-P 소거율 변화를 나타냈다.
하기 표에서 소거율의 단위는 %이다.
비교
대상		 경과일수에 따른 소거율
1일 10일 50일 100일 200일 400일 600일
T-N T-P T-N T-P T-N T-P T-N T-P T-N T-P T-N T-P T-N T-P
실시예1 76.1 66.5 81.2 84,2 83.4 85.3 85.2 86.2 86.4 87.3 91.3 89.9 91.5 91.5
실시예2 76.2 66.7 81.3 83.9 83.4 85.5 85.4 86.2 86.5 87.4 91.1 89.9 91.6 91.4
실시예3 76.7 67.5 82.2 83.0 84.5 86.5 86.2 87.3 87.5 88.3 92.0 91.1 92.6 92.3
비교예1 68.3 46.2 74.6 80 75.1 77.6 80.7 83.6 83.4 84.6 86.1 86.1 85.4 85.4
비교예2 74.1 61.0 77.0 81.5 76.6 82.1 81.4 84.1 83.6 84.9 88.3 87.5 85.6 86.6
비교
대상		 경과일수에 따른 소거율
1일 10일 50일 100일 200일 400일 600일
T-N T-P T-N T-P T-N T-P T-N T-P T-N T-P T-N T-P T-N T-P
실시예1 55.3 49.5 56.5 51.3 57.2 52.2 57.9 52.9 58.5 53.5 59.9 53.9 61.3 54.5
실시예2 55.2 50.1 56.2 51.2 57.2 52.2 57.5 52.5 58.4 53.1 59.4 54.1 60.9 54.2
실시예3 55.7 49.8 57.6 52.2 58.3 54.1 59.5 55.7 60.5 56.1 61.5 56.7 62.3 57.8
비교예1 24.5 21.7 34.0 31.6 39.2 41.0 39.6 42.0 38.7 46.0 42.5 44.3 44.0 50.0
비교예2 47.0 42.1 50.0 45.5 53.1 45.6 50.7 45.2 53.2 46.0 53.4 44.3 54.1 50.5
상기 표 2 및 3에 나타난 바와 같이 본 발명에 따른 콘크리트는 비교예 1 내지 2의 콘크리트에 비해 질소 및 총인의 감소량이 커 하천 및 호수, 해수에 등에 적용시 설치 초기시부터 600일 이상의 장기간에서 수질정화 성능의 향상이 있는 것으로 나타났다.
특히, 주목할 만한 것은 비교예들에 비해 미생물 캡슐의 사용을 줄였음에도 불구하고, 더 우수한 수질정화 능력을 갖는 것으로 나타나 캡슐에 의해 미생물들이 보호된 채 콘크리트에 부착되어 수질정화 성능을 지속적으로 나타낸 것으로 판단된다.
또, 이중 캡슐로 구성된 실시예 3의 경우 실시예 1,2에 비해서 상대적으로 더 우수한 수질정화 성능을 갖는 것으로 나타났다.
<실험예 1> 산-알칼리 측정
실시예 1 내지 3과 비교예 1, 2의 콘크리트를 지름 10cm, 높이 20cm의 원주형 공시체로 제작하여 수중 양생을 실시한 후 공시체 상부에 30㎖의 증류수를 살포하여 하부에 흘러나온 증류수의 pH를 KS M0011 '수용액의 pH 측정 방법'에 준하여 측정하여 표 4에 나타냈다.
<실험예 2> 강도 측정
실시예 1 내지 3과 비교예 1, 2의 콘크리트를 실험예 2와 같은 형태의 공시체로 제조하여 재량 28일에서 KS F 2405 '콘크리트 압축강도 시험방법'에 준하여 압축강도를 측정하여 표 4에 나타내었다.
<실험예 3> 동결융해 실험
실시예 1 내지 3과 비교예 1, 2의의 콘크리트를 가로, 세로 10cm, 높이 40cm의 공시체로 제작하여 재령 28일에서 동결융해실험을 실시하여 300 싸이클 후의 외관 및 강도변화를 측정하여 표4에 나타내었다.
대상 알칼리용출량
(pH)		 압축강도
(MPa)		 동결융해
저항성
실시예 1 8.1 36.34 우수
실시예 2 8.1 36.42 우수
실시예 3 8.1 38.12 우수
비교예 1 8.9 32.8 우수
비교예 2 8.3 33.48 우수
상기 표 4에 나타난 바와 같이 실시예 1 내지 3의 콘크리트는 비교에 1, 2의 콘크리트와 성능의 차이가 미미하여 사용에 문제가 없으며, 특히 압축강도는 더 우수하게 나타났다.
본 발명의 콘크리트는 상술한 수질정화 용도로 사용하는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 건축, 토목 현장의 콘크리트 제품에 적용되어 사용될 수도 있다 할 것이다.

Claims (3)

  1. 콘크리트 제조 방법에 있어서,
    바실러스 퍼머스 미생물과 배양액이 1 : 1 ~ 2의 중량비 정도로 혼합되어 배양된 바실러스계 미생물 배양액을 준비하는 배양액준비단계;
    상기 미생물 배양액에 바인더를 가해 성형조성물 전체 부피의 2.1 ~ 3.3%의 미생물 캡슐을 제조하는 캡슐준비단계;
    성형조성물 전체 부피의 61.3 ~ 79.6%의 골재와, 성형조성물 전체 부피의 7.7 ~ 8.3%의 시멘트를 준비한 후 상기 미생물 캡슐과 혼합하여 1차혼합물을 제조하는 혼합단계와;
    성형조성물 전체 부피의 0.2 ~ 0.3%의 혼화제와, 성형조성물 전체 부피의 4.3 ~ 5.1%의 물과, 상기 1차혼합물을 혼합하고 잔량의 공기를 포함한 성형조성물을 제조하는 조성물제조단계와;
    성형조성물을 틀에 투입한 후 양생하여 콘크리트를 제조하는 양생단계;를 포함하여 구성된,
    미생물 캡슐을 이용한 콘크리트 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 캡슐준비단계에서 상기 바인더는 알칼리 용액에서 수용성을 갖는 유기 지방산 또는 무기 지방산 중 선택된 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는,
    미생물 캡슐을 이용한 콘크리트 제조방법.
  3. 콘크리트에 있어서,
    제 1항 내지 제 2항 중 어느 한 항의 제조방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는,
    미생물 캡슐을 이용한 콘크리트.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101779935B1 (ko) 2016-06-29 2017-09-19 경기대학교 산학협력단 박테리아 슬라임 기반 콘크리트 보호 코팅재 개발
KR101973715B1 (ko) 2018-03-20 2019-04-29 한국과학기술원 미생물을 이용한 자기치유 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 자기치유 콘크리트의 제조방법
KR20190105982A (ko) 2018-03-07 2019-09-18 한국과학기술원 미생물을 이용한 콘크리트 자기치유 마이크로 캡슐 및 그 제조 방법, 그 마이크로캡슐을 포함한 자기치유성 콘크리트 조성물
KR20200101023A (ko) 2019-02-19 2020-08-27 한국과학기술원 미생물 기반 자기치유 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 자기치유 콘크리트의 제조방법
CN117303774A (zh) * 2023-08-31 2023-12-29 江苏中建商品混凝土有限公司 一种界面强化再生骨料及其制备方法及再生骨料混凝土
KR20240077497A (ko) 2022-11-16 2024-06-03 한국건설기술연구원 염소제거 미생물을 활용한 해양 콘크리트 조성물 및 그 해양 콘크리트 구조물 시공방법

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050033597A (ko) * 2005-03-19 2005-04-12 한상관 음식물 쓰레기를 이용하여 몰탈 또는 레미콘을 제조하는방법과 이러한 방법에 의해 제조되는 몰탈 또는 레미콘을이용하여 블록을 제조하는 방법과 이러한 방법에 의해제조되는 레미콘을 이용하여 단열성이 우수한 포장도로를시공하는 토목공법
KR20060090546A (ko) * 2005-02-04 2006-08-14 (주)대호콘크리트 미생물을 이용한 친환경 콘크리트 블록 및 구조물과 그의제조방법
KR101188100B1 (ko) 2012-05-30 2012-10-08 동산콘크리트산업(주) 미생물 복합처리 시스템을 이용한 수질정화 콘크리트 및 그 제조방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060090546A (ko) * 2005-02-04 2006-08-14 (주)대호콘크리트 미생물을 이용한 친환경 콘크리트 블록 및 구조물과 그의제조방법
KR20050033597A (ko) * 2005-03-19 2005-04-12 한상관 음식물 쓰레기를 이용하여 몰탈 또는 레미콘을 제조하는방법과 이러한 방법에 의해 제조되는 몰탈 또는 레미콘을이용하여 블록을 제조하는 방법과 이러한 방법에 의해제조되는 레미콘을 이용하여 단열성이 우수한 포장도로를시공하는 토목공법
KR101188100B1 (ko) 2012-05-30 2012-10-08 동산콘크리트산업(주) 미생물 복합처리 시스템을 이용한 수질정화 콘크리트 및 그 제조방법

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101779935B1 (ko) 2016-06-29 2017-09-19 경기대학교 산학협력단 박테리아 슬라임 기반 콘크리트 보호 코팅재 개발
KR20190105982A (ko) 2018-03-07 2019-09-18 한국과학기술원 미생물을 이용한 콘크리트 자기치유 마이크로 캡슐 및 그 제조 방법, 그 마이크로캡슐을 포함한 자기치유성 콘크리트 조성물
KR102047384B1 (ko) * 2018-03-07 2019-11-21 한국과학기술원 미생물을 이용한 콘크리트 자기치유 마이크로 캡슐 및 그 제조 방법, 그 마이크로캡슐을 포함한 자기치유성 콘크리트 조성물
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KR20240077497A (ko) 2022-11-16 2024-06-03 한국건설기술연구원 염소제거 미생물을 활용한 해양 콘크리트 조성물 및 그 해양 콘크리트 구조물 시공방법
CN117303774A (zh) * 2023-08-31 2023-12-29 江苏中建商品混凝土有限公司 一种界面强化再生骨料及其制备方法及再生骨料混凝土

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